水上软刚臂单点系泊系统安装思路与实践

晏莱，秦勇，杨海军

海洋石油工程股份有限公司，天津300461

水上软刚臂单点系泊系统安装思路与实践

晏莱，秦勇，杨海军

海洋石油工程股份有限公司，天津300461

“海洋石油113”单点系泊系统是目前我国首例自主完成安装和连接的最大的塔架式水上软刚臂单点系泊系统。文章从单点系泊上部结构的安装、软刚臂的安装、浮式生产储/卸油装置的连接安装等方面，论述了“海洋石油113”FPSO单点系泊系统的安装思路和实践。

单点系泊系统；安装；连接；浮式生产储/卸油装置

0 引言

渤中25-1/南油田位于渤海湾东南部海域，油田现共有6座平台和一套塔架式水上软刚臂单点系泊系统。塔架式水上软刚臂单点系泊系统由SOFEC设计，主要包括“海洋石油113”浮式生产储/卸油装置（FPSO）、四腿单点导管架、单点上部结构、软刚臂系统（YOKE）及系泊构架、旋转滑环、跨接系统等附属设备。“海洋石油113”单点系泊系统是目前渤海地区我国首例自主完成安装和连接的最大的塔架式水上软刚臂单点系泊系统。

图1 单点上部结构示意

1 单点系泊上部结构安装

单点系泊上部结构（见图1）的主体尺寸长17.25 m、宽17.25 m、高43.1 m，结构质量约1 400 t，在同级别单点系泊系统中是最大、最重的结构，因此对吊装船舶、吊装索具和吊装技术的要求更加严格。

单点上部结构海上吊装采用4点吊装，吊点设计在单点上部结构的顶端，由于其结构较为特殊，吊装过程中单点吊机走道格栅板易对吊索产生干扰，因此吊机走道要在单点上部结构安装完成后在海上现场进行安装。单点上部结构安装完成后，需解除旋转甲板的临时固定。

单点上部结构和单点导管架之间增设了过渡段，过渡段的应用在渤海区域单点系泊系统中尚属首例。过渡段的设置虽然能解决尺寸安装误差问题，但是对单点系泊系统来说，FPSO是依靠软刚臂提供的恢复力来保持系统的平衡，此恢复力水平分力很大，而过渡段必然会导致单点导管架与单点上部结构连接处的应力集中，不利于结构受力，同时过渡段的增设不仅增加了工程难度，也增大了工程投资，延长了施工工期。

2 软刚臂安装

软刚臂（见图2）主体尺寸长47 m、宽40 m、高7.18 m，结构质量709 t，在软刚臂安装时对常规三点双钩安装技术进行了改进，采用的是三点单钩安装技术。

图2 YOKE结构示意

3 浮式生产储/卸油装置连接

FPSO连接是单点系泊系统连接中至关重要的环节，与常规螺栓连接方式不同的是，此次设计采用快捷销轴式连接方式，即将软刚臂压载舱上的铰接头插入到FPSO系泊支架前端的系泊腿中，然后用销轴进行连接。此连接方式理论上比螺栓连接方式要简单快捷，但是在海上控制长达288 m的FPSO的同时，将铰接头插入直径400 mm、配合公差1.38 mm的系泊腿中，无疑是见缝插针，施工难度巨大，风险极高，为此必须对连接过程进行深入研究、改进和优化。

3.1 就位拖轮的挂拖

作业条件为：浪高≤1.0 m，风速≤10 m/s，流速≤1kn，波浪周期≥3.5 s。FPSO拖航至油田现场后，根据天气预报、潮流潮汐表及流玫瑰图确定具体连接时间点。依据确定的连接时间点，提前栓挂就位拖轮。

设计方提供的指导就位方案采用常规的3艘拖轮方案。考虑到就位精度、FPSO船位调节的灵活度及主甲板缆桩的位置等影响因素，通过对其限位进行计算，优化调整方案为就位拖轮为4艘，即船首左右舷、船艉左右舷各一艘拖轮（见图3）。

图3 就位拖轮栓挂方式

就位拖轮挂拖方式的调整，不仅满足了FPSO船位调整的需求，而且保证了就位精度，为成功连接提供了保障。

3.2 提升动滑轮组的下放

设计方设计的提升动滑轮组为5柄，10股钢丝绳顺穿，自身质量5 t，未考虑到提升动滑轮组不能依靠自身重量下放，因而造成软刚臂无法提升。

根据对现场资源配置的研究，确定采用以下方案：在上线就位前，由提升动滑轮组连接辅助引绳，连接至港作拖轮船首绞车，借助绞车的牵引将提升动滑轮组提前下放至施工所需的位置（见图4）。此方法安全、高效地解决了提升动滑轮组的下放问题，满足了软刚臂提升的先决条件，为以后施工提供了很好的借鉴。

3.3 连接用缆绳的连接

根据就位拖轮的换挂拖方式，提升动滑轮组下放完成后，即采用FPSO艉部顶流上线的方式使该装置在4艘就位拖轮的控制下缓慢靠近单点，随着潮流的变化，逐步转向，在距离单点1海里左右的位置，调整至船首顶风顶流上线。当FPSO距离单点100m时，4艘拖轮控制其位置，连接主系泊缆绳（见图5）。

图4 提升动滑轮组的下放

图5 主系泊缆绳的栓挂

以往主系泊缆绳采用回头三点固定的方式进行连接，但是此次设计的主系泊缆绳为单股（φ 60 mm ×200m高强迪尼玛缆绳）两点连接方式（见图5），这种方式在FPSO全浮态上线时，无法控制船首方向，易造成船首偏荡，存在极大的安全隐患。根据既定的设计条件，为了保证施工安全，在船首主系泊绞车出绳正前方增设门支架，限制船首偏荡幅度，有效控制了施工风险。

4艘就位拖轮继续控制FPSO缓慢靠近单点，在距离单点50 m处停下，连接交叉缆，随后在主系泊缆绳、交叉缆绳及就位拖轮的共同协助下，FPSO缓慢地靠近单点。当系泊腿到达软刚臂压载舱正上方时，停止回收主系泊缆绳，由交叉缆绳控制软刚臂方位，4艘就位拖轮控制FPSO保位，完成了上线就位工作。

3.4 提升吊带的穿挂

提升吊带的穿挂是软刚臂提升及FPSO就位连接成功与否的关键。从设计方提供的吊带穿挂方式（见图6）和设计图纸（见图7）可以看出，系泊支架提升滑轮的中心线与系泊腿中心线距离为765 mm，软刚臂提升吊点中心线与下部万向铰接头的中心线距离为1 824 mm，当软刚臂提升至它与系泊腿连接的高度后，系泊腿和万向铰接头的对接设计误差累计约为2 589 mm。

图6 设计提升吊带的穿挂方式

图7 设计图纸对中图

如此大的设计误差仅靠施工进行弥补十分困难，为了解决这一难题，通过多方沟通、讨论及交流，且经过专家审查后，优化了提升吊带的穿挂方式，见图8。优化后的提升吊带穿挂方式理论上可以将累计误差减小至300 mm。此优化方案大大降低了施工难度及风险，也为FPSO的成功连接提供了条件，更为以后的设计提供了借鉴。

图8 优化后提升吊带的穿挂方式

3.5 软刚臂提升

设计的提升动滑轮组在软刚臂提升受力时，提升吊带会偏向提升动滑轮的死端，造成滑轮组偏斜，从而割伤提升吊带和提升钢丝绳，严重威胁海上的作业安全。为了解决此问题，根据优化后的提升吊带穿挂方式，设计了防磨间隙环，见图9。

图9 防磨间隙环

防磨间隙环的增加，避免了提升吊带与提升滑轮组的摩擦，还能有效地保持提升吊带的位置，很好地解决了提升动滑轮组提升过程中的偏斜问题，降低了海上施工风险。

提升吊带穿挂完成后，启动提升绞车，提升软刚臂，当软刚臂铰接头距离系泊腿100 mm时，停止提升，调整铰接头和系泊腿的角度，使其对中，然后继续提升，直至铰接头插入系泊腿中，刹死绞车，并保持软刚臂的位置。

3.6 销轴的安装

3.7 防冻液的灌注

防冻液的灌注是FPSO安装连接的最后一个环节，单点系泊系统是依靠防冻液配重提供的恢复力保证其系泊要求的。

渤海地区单点系泊系统常规使用的防冻液有两种：氯化钙水溶液和乙二醇。但是“海洋石油113”单点系泊系统在国内首次采用丙二醇作为防冻液，使用量1 230 m3，凝固点为-22℃，相对密度为1.034。施工时，启动防冻液存储舱内的电潜泵，将其泵入软刚臂压载舱内。

图10 常规安装示意

图11 优化销轴安装示意

4 结束语

本次施工作业的顺利完成提供了许多宝贵经验，在总结经验的基础上提出如下建议：

（1）在以后的塔架式水上软钢臂单点系泊系统设计中取消过渡段。过渡段的增加不利于单点系泊系统的结构受力，且增加了施工难度及工程成本。

（2）此类单点系泊系统采用4艘就位拖轮进行限位。快捷销轴式单点系泊系统在就位连接时，由于要求的就位精度高，3艘就位拖轮无法有效地控制FPSO船尾左右动作，采用4艘就位拖轮不仅能够有效地控制FPSO艏艉前后、左右的动作，而且可大大增加就位操作的灵活性。

（3）提升动滑轮组的设计增加防磨间隙环，同时可以考虑增加配重，使其能够通过自重自由收放。

（4）设计时一定要保证提升装置及连接部件的同轴度。优化后的提升吊带穿挂方式虽有效地解决了本次海上施工的难题，但是吊带不耐磨且存在着滑移的风险，使用该方法提升吊带提升软刚臂，不仅提高了对提升的同步要求，而且增加了施工难度和风险。

Thought and Practice of Overwater Yoke Single Point Mooring System Installation

YanLai，QinYong，Yang Haijun
Offshore OilEngineering Co.，Ltd.，Tianjin300461，China

HYSY113 FPSO is the maximum overwater tower-yoke single point mooring system installed on self-own in China.This paper discusses the installation thought and practice of the single point mooring system of HYSY113 FPSO with respect to its topside structure installation，tower-yoke installation and connection with FPSO.

sing point mooring system；installation；connection；FPSO

10.3969/j.issn.1001-2206.2015.03.005

晏莱（1982-），男，湖北随州人，工程师，2008年毕业于西安石油大学化工过程机械专业，主要从事海洋石油工程方面的工作。

2014-10-13